上海宝冶集团有限公司上海201908
摘要：钢结构建筑具有抗震性能好、施工周期短、绿色环保等特点，符合我国经济可持续发展的要求。近年来钢结构的超高层建筑不断刷新城市天际线，随着建筑高度不断增加，则需要应用更高强度的钢材来提升结构强度和减小自重，以确保建筑结构的可靠性。所以高强度钢的施工水平的提升是非常重要和关键的。
关键词：超高强度；调质钢；超高层钢结构；焊接技术
引言
在超高层钢结构中，主要的框架节点多采用焊接刚性连接，但随着钢材强度的增加会导致可焊性降低，容易产生焊接裂纹。所以施工技术人员一定要不断提高高强度钢的焊接技术，确保施工质量水平。
1高强度钢在高层建筑中的应用概述
在当前的高层建筑中，高强度钢的使用越来越广泛，强度也越来越高。目前常规应用较多的为Q345GJ，Q390GJ钢，但随着材料技术的发展，更高强度的钢材也越来越广泛地设计到高层建筑结构中。本文主要针对屈服强度690MPa的淬火回火钢（调质钢）S690QL的焊接技术控制要点做相关分析。
2可焊性分析
S690QL的交货状态为淬火和回火，强度高，故焊接冷裂纹控制是该材料焊接的重点。焊接冷裂纹通常由以下因素引起：
2.1钢材。材料强度越高冷裂倾向越严重。材料的冷裂倾向主要受控于碳当量，而产品标准中碳当量的要求相对较松，所以在材料采购时要结合焊接性提出更高的要求；
2.2焊材。焊材扩散氢增加会加大冷裂倾向，所以焊材选取要以低氢焊材为主（扩散氢≤5ml/100g）。
2.3热影响区脆性结构。在焊接前以及焊接过程中严格控制预热、层间温度以及热输入，降低冷裂纹风险。
2.4焊接应力。焊接接头的设计要最大程度降低接头的内应力，同时对于应力集中部位的焊缝要进行修整做到圆滑过渡。
3焊接控制
3.1焊接人员。焊接人员分为焊接管理人员、焊工和无损检测人员。需配置足够的、胜任的、从事焊接生产设计、施工及监督的人员。焊工在上岗前需通过考核获得相应的资质证书，在焊接过程中不允许超过考核评定的范围进行施焊。无损检测人员同样要求经验丰富，并具备相应的检测资质。
3.2钢材的要求。S690QL强度高导致碳当量相应较高（0.65~0.83%），为了提高其可焊性，降低焊接裂纹倾向，在采购时要提出更高的碳当量要求，通常在0.45~0.6%之间。同时针对焊接量大的厚板，需增加厚度方向性能要求，以防止焊接应力引起层状撕裂。
3.3焊材的要求。结合现场的施工环境，通常采用气体保护焊和手工焊。焊材选择采用等强原则，即焊材屈服强度≥690MPa，-40℃冲击≥47J。气保焊丝可选用ISO16834-AG694MMn3Ni1CrMo，手工焊条可选用ISO18275-AE695ZB32H5。
3.4焊接方法和焊接参数。
在焊接S690QL钢过程中，热输入是影响焊缝质量的关键因素。热输入过低、预热不足不仅会增加冷裂倾向，并且会导致接头的硬度过大；热输入过高又会影响到接头的冲击韧性。所以在焊接过程中要严格控制热输入的变化不超过焊接工艺规程的25%。
3.5焊接预热和层间温度控制。焊接预热和层间温度的控制是预防焊接裂纹的有效措施，受板厚、碳当量、热输入和扩散氢含量等因素的综合影响。
1）焊接预热或焊后处理，为保证温度输入的均匀性，采用电加热设备进行：
（1）焊接前，先将磁性陶瓷电加热器固定在焊缝坡口两侧（距焊缝两侧各150mm内），然后用接长导线通过电脑温控仪加热。
（2）连接加热器的各组电源线及热电偶线至电脑温控设备时，应注意同一焊缝相邻位置的电加热器应与控制热电偶接在同一回路中，而绝不允许加热同一焊缝的电加热器有接于不同的回路，这样设置可以确保在整个加热过程中不会出现不符合规定的温差。
（3）电加热过程中采用热电偶控温，在工件焊缝外侧75mm处设置测温控温K型热电偶，一般焊缝至少每米设1个热电偶，应安装牢固，用磁铁吸住，具体方法为：正面加热，正面测温，考虑反面温度应提高正面温度值。
2）针对S690QL预热和层间温度按照下图确定：
T≤25mm时，气体保护焊，对接接头预热温度为20℃，T型接头为90℃；手工焊，对接接头预热温度为0℃，T型接头为20℃；
25mm＜T≤50mm时，气体保护焊，对接接头或T型接头预热温度为150℃；手工焊，对接接头或T型接头预热温度为140℃；
T＞50mm时，气体保护焊，对接接头或T型接头预热温度为190℃；手工焊，对接接头或T型接头预热温度为180℃。
层间温度不低于越热温度，但不高于200℃。
3.6焊后处理。对于重要焊缝，在焊接完成后，温度降到最小层间温度前立即电加热将温度升高到200至300℃来加速氢的释放，后热保温时间不低于两小时。
4检验和验收
焊缝检验通常采用超声波和磁粉探伤进行无损检测。超声波探伤适用于板厚大于6毫米的材料，检测焊缝内部缺陷；磁粉探伤用于检验表面或者近表面的缺陷。针对S690QL材料，考虑到延迟裂纹需在焊后48小时进行相应无损检测。检测比例参照相应标准执行。
对检测发现的缺陷，返修前要充分调查分析缺陷产生原因，同一焊缝不允许返修次数超过2次，否则需制订专项返修方案。
结束语
当前超高层建筑中钢结构的应用不断普及，材料技术的不断发展，这也促进越来越多高强度钢应用到高层钢结构中。但在具体应用过程中，高强钢的施工工工艺，特别是焊接工艺还有待进一步完善，在施工过程中需要全面提高施工质量标准和技术方面的安全性，并采用科学有效的施工工艺，以此来全面提高建筑工程钢结构的施工技术水平。
参考文献
[1]张虹.调质型高强钢Q690中厚板的研制开发.热加工工艺，2010.
[2]刘云海.高强度结构调质钢焊接工艺研究.中国水运（下半月），2015.
[3]崔晓强.超高层建筑钢结构施工的关键技术和措施.建筑机化，2009.